超高壓處理技術(shù)在水產(chǎn)品保鮮中的研究進(jìn)展

陳揚(yáng)易 謝 晶 鐘小凡 藍(lán)蔚青 朱婉瑜 劉嘉璇（1.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306；2.上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，上海 201306）

超高壓技術(shù)（ultra－h(huán)igh pressure processing，UHP）是一種新型的冷處理技術(shù)，主要利用壓媒（食用油、甘油、油與水的乳液等）使食品在高壓（100～1 000MPa）條件下產(chǎn)生酶失活、蛋白質(zhì)變性、淀粉糊化和微生物滅活等效應(yīng)，從而達(dá)到滅菌和改性的物理過程［1，2］。1899年 Hite［3］開展了超高壓應(yīng)用于食品的系統(tǒng)研究，通過對不同肉類進(jìn)行超高壓處理后，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可明顯延長肉類的保藏期。

水產(chǎn)品作為低脂食品，其蛋白質(zhì)含量豐富，經(jīng)濟(jì)價值高，但由于其水分含量高、細(xì)菌易繁殖而導(dǎo)致其腐敗，從而影響了其進(jìn)一步開發(fā)利用［4］。因此，開展水產(chǎn)品的殺菌保鮮是重要的研究內(nèi)容之一。傳統(tǒng)熱殺菌是目前食品加工過程中廣泛應(yīng)用的殺菌技術(shù)之一。其雖可達(dá)到殺死微生物、鈍化酶、改善食品品質(zhì)和特性等優(yōu)點，但亦會對一些熱敏性物料，如食品的營養(yǎng)成分和特性（口感、色澤等）產(chǎn)生不同程度的破壞，從而導(dǎo)致食品品質(zhì)的劣變和營養(yǎng)損失，這與人們對食品營養(yǎng)安全的消費(fèi)理念相悖［5，6］。與傳統(tǒng)熱處理相比，冷殺菌可較完整保持食品加工前的營養(yǎng)成分、風(fēng)味與色澤等。超高壓處理作為冷殺菌技術(shù)之一，其具有壓力傳遞均勻、耗能少與殺菌滅酶徹底等優(yōu)點，能較大程度保持產(chǎn)品原有的色澤與風(fēng)味，抑制某些有毒有害物質(zhì)的生成或轉(zhuǎn)變，使處理后的食品擁有更長的保藏期，還能獲得新的口感。文章將從國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢出發(fā)，通過超高壓處理對水產(chǎn)品的殺菌滅酶作用及對水產(chǎn)食品理化性質(zhì)等方面影響進(jìn)行闡述，以進(jìn)一步探討超高壓處理技術(shù)在水產(chǎn)品保鮮加工中的研究動態(tài)。

1 超高壓技術(shù)作用原理

超高壓處理主要以Le Chatelier原理［7］與Pascal原理［8］為理論基礎(chǔ)，該處理能有效破壞食品中高分子物質(zhì)的離子鍵、氫鍵等非共價鍵，而對共價鍵幾乎不產(chǎn)生影響［9，10］。其對食品中的小分子色素、氨基酸、多肽、維生素、呈味物質(zhì)、果酸、果糖和果蔬中抗誘變活性成分的破壞作用較?。?］。

1.1 超高壓作用對蛋白質(zhì)變性的機(jī)理分析

蛋白質(zhì)是微生物主要成分之一，超高壓處理能使其蛋白質(zhì)變性，繼而細(xì)胞膜受到破壞，最終導(dǎo)致微生物死亡［11］。該處理會對氫鍵造成破壞，使蛋白質(zhì)的二、三、四級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而對微生物中的蛋白質(zhì)產(chǎn)生影響，但對蛋白質(zhì)大分子的一級結(jié)構(gòu)影響較?。?2，13］。蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是由肽鏈內(nèi)和肽鏈間的氫鍵等維持，其在較低的壓力下則相對穩(wěn)定。維持蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的主要作用力是靜電和疏水相互作用力，這些作用力的變化伴隨著大量水合反應(yīng)，使其蛋白質(zhì)體積變小。當(dāng)壓力超過200MPa時，蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)將會發(fā)生明顯變化。

1.2 超高壓作用對細(xì)菌的殺菌機(jī)理分析

當(dāng)細(xì)胞處于低壓環(huán)境時，其形態(tài)結(jié)構(gòu)只發(fā)生部分改變，不會導(dǎo)致細(xì)胞死亡，但當(dāng)壓力超過一定限值時，將會造成細(xì)胞形態(tài)的不可逆變化［14］。微生物種類不同，其對超高壓的承受能力也各不相同，有些微生物在高壓作用下還能發(fā)生可逆反應(yīng)，再次恢復(fù)到正常形態(tài)和運(yùn)動特性。其中，革蘭氏陰性細(xì)菌和酵母菌在400MPa左右的壓力下基本上能被殺死，而革蘭氏陽性細(xì)菌被殺死的壓力則需要600MPa，對于孢子類細(xì)菌則需要更高壓力并結(jié)合適當(dāng)加熱與延長保壓時間［15］。

超高壓主要通過對微生物的細(xì)胞膜、核糖體與酶造成巨大損傷來抑制酶的活性和DNA復(fù)制，繼而影響微生物的正常生理功能，產(chǎn)生致死作用［16］。在超高壓的作用下，細(xì)菌細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞，細(xì)胞變形，細(xì)胞壁局部出現(xiàn)缺口，細(xì)胞膜完整性被破壞，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)皺縮，蛋白質(zhì)變性［17，18］。Ritz等［19］通過電鏡觀察到壓力導(dǎo)致孢子的膜壁分離，表明超高壓會引起其細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化，這類不可逆變化將導(dǎo)致微生物的活性降低。超高壓還會對微生物細(xì)胞膜的滲透性造成破壞，使其通透性增大，導(dǎo)致大分子物質(zhì)、無機(jī)鹽離子流出細(xì)胞外，并對其營養(yǎng)吸收和廢物排出造成干擾［18，20］。Shimada等［21］研究發(fā)現(xiàn)構(gòu)成細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的磷脂雙分子層在超高壓處理過程中，由于壓力作用使其向凝膠態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變；卸壓過程中，細(xì)胞膜單面雙層的結(jié)構(gòu)消失，導(dǎo)致細(xì)胞膜上出現(xiàn)孔洞，從而造成胞液外流。

2 超高壓技術(shù)在水產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用

2.1 對水產(chǎn)品殺菌滅酶效果的影響

2.1.1 對水產(chǎn)品的微生物殺滅作用 超高壓處理技術(shù)主要應(yīng)用于食品的殺菌處理，現(xiàn)已在水產(chǎn)品殺菌保鮮中得到廣泛應(yīng)用。Fletche等［22］研究發(fā)現(xiàn)，貽貝在400MPa，10～40℃條件下，能使單增李斯特菌數(shù)降至食品安全指數(shù)以下。王瑞等［23］研究結(jié)果得出在500MPa，40℃條件下處理5min，能使毛蚶中的微生物（細(xì)菌、霉菌、桿菌與酵母菌）存活率明顯下降，使其貨架期得到有效延長。在貝類水產(chǎn)品中的脫殼工藝中進(jìn)行超高壓處理，也能減少其細(xì)菌污染。郝夢甄等［24］通過Dssign－Expert軟件分析得出超高壓殺滅海參中細(xì)菌的最優(yōu)條件為：300.72MPa，30.7min，55.16 ℃，經(jīng)驗證其細(xì)菌滅活率為100%。部分學(xué)者［25，26］研究發(fā)現(xiàn)，通過不同超高壓工藝處理牡蠣，能對其中的S形霍亂菌、副溶血性弧菌與創(chuàng)傷弧菌等有顯著影響，其微生物數(shù)量與活性均能得到有效抑制。鄧記松［27］對牡蠣、海參進(jìn)行超高壓處理后，發(fā)現(xiàn)在350MPa處理20min，牡蠣中的微生物滅活率高達(dá)89.5%；在500MPa、10min下，對海參的滅菌率達(dá)92.4%。其中，處理壓力和保壓時間對滅菌效果影響顯著。400MPa以上的處理壓力，能使牡蠣和海參中殘留細(xì)菌的再生能力得到明顯抑制，使貨架期相應(yīng)延長。夏遠(yuǎn)景等［28］研究發(fā)現(xiàn)，在溫度和保壓時間一定的情況下，微生物的滅活率與壓力大小呈正相關(guān)。楊華等［29］對養(yǎng)殖大黃魚進(jìn)行超高壓處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過超高壓處理后的大黃魚魚肉組織中的酶活力降低，微生物也得到較好抑制。Gou Jing－yu等［30］在400MPa、20min的條件下對魷魚片進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)其可使嗜冷菌數(shù)下降4.7lgCFU/g以上。通過對真空包裝的半干魷魚進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)處理后魷魚的嗜冷菌與嗜中溫菌數(shù)分別下降約1.99和0.93個對數(shù)值。同時，也有研究［31］發(fā)現(xiàn)，超高壓可有效抑制鯡魚 中 微 生 物 的 生 長。Gòmez Estaca等［32］研 究 得 出300MPa、20℃條件下處理15min，能使沙丁魚中腸桿菌科微生物的菌落數(shù)明顯下降，使沙丁魚至少在15d內(nèi)仍可達(dá)到商業(yè)無菌的要求。

研究［33］證明，將生魚片進(jìn)行超高壓處理，能起到殺滅致病菌和寄生蟲的雙重目的，保持新鮮和優(yōu)良口感。Teixeira等［34］對海鱸魚生魚片進(jìn)行超高壓處理，得出最佳工藝條件為400MPa、30min，將其與加熱處理工藝相結(jié)合，可代替單獨(dú)高溫加熱處理的魚腸殺菌工藝。超高壓對海鱸魚魚腸中的細(xì)菌也具有較強(qiáng)的抑制作用［35］。通過對金槍魚片的超高壓處理研究，相關(guān)人員［14］還發(fā)現(xiàn)，壓力越高，抑菌效果越明顯。但在一定保壓時間的處理條件下，其殺菌效果也較有限。

2.1.2 對水產(chǎn)品的滅酶作用 多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，超高壓處理會使其蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生變化，從而影響酶的活性［11］。其中，超高壓處理可使海產(chǎn)品中的內(nèi)源酶失活，從而延緩海產(chǎn)品貯藏過程中的腐敗變質(zhì)［13］。Fidalgo等［36］通過對大西洋鯖魚進(jìn)行超高壓處理，發(fā)現(xiàn)其關(guān)鍵酶的活性受到抑制。楊華等［29］發(fā)現(xiàn)，超高壓可降低大黃魚魚肉組織中酶的活力。夏遠(yuǎn)景等［28］發(fā)現(xiàn)壓力對食品中酶的影響具有雙重性，在較低壓力條件下，酶活力與壓力大小呈正相關(guān)，在較高的壓力下，酶活力與壓力大小則表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。利用超高壓對酶的雙重作用進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，可對有利的酶進(jìn)行激活，對不利的酶進(jìn)行抑制。趙偉等［37］發(fā)現(xiàn)超高壓可提高牡蠣中蛋白質(zhì)水解酶的活性，從而使其蛋白質(zhì)的水解程度增加。部分學(xué)者［27］發(fā)現(xiàn)，鈍酶效果與溫度存在一定關(guān)聯(lián)。海參自溶酶在40℃左右活力最大，此時即使在400MPa的高壓下依然表現(xiàn)出較高活力。但在室溫或60℃以上的溫度條件，其鈍酶效果較好。

2.2 對水產(chǎn)品品質(zhì)變化的影響分析

隨著對超高壓研究的深入，其逐漸應(yīng)用于水產(chǎn)品加工處理與貯藏保鮮過程中，對水產(chǎn)品的理化特性會產(chǎn)生一定影響。

2.2.1 對水產(chǎn)品加工過程品質(zhì)變化的影響 Zhu Shu等［38］研究了三文魚在超高壓處理后的解凍時間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在200MPa的條件下，三文魚的解凍時間為17min，解凍的汁液損失能從6.52g/100g降至3.44g/100g。超高壓處理后的水產(chǎn)品具有易去殼與外觀好等優(yōu)點［39］。易俊潔等［40］將超高壓應(yīng)用于鮑魚的脫殼處理中，其脫殼效率較傳統(tǒng)手工脫殼的時間最快可縮短72%，而鮑魚肉得率也較手工處理得率提高了18%；王國棟等［11］將蝦經(jīng)過超高壓處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其可有效避免蝦仔脫殼過程中的斷尾現(xiàn)象，蝦仁產(chǎn)率提高6%～8%。

此外，超高壓技術(shù)還廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)品的其他處理中。王成忠等［41］將超高壓技術(shù)應(yīng)用于刺參泡發(fā)，結(jié)果得出刺參的最佳超高壓泡發(fā)條件為：300MPa、60℃、10min，此時產(chǎn)品的持水率最大，并能使刺參質(zhì)構(gòu)明顯改善，超高壓泡發(fā)的刺參膠原蛋白與多糖含量均比水發(fā)刺參含量高。王菁［42］將超高壓技術(shù)拓展至水產(chǎn)動物組織中的活性成分提取，發(fā)現(xiàn)該處理能明顯提高單位時間內(nèi)的蝦青素得率。同時，水產(chǎn)品的色澤、彈性、硬度與內(nèi)聚性等參數(shù)對消費(fèi)者的選擇有直接影響。王國棟等［11］發(fā)現(xiàn)超高壓作用于蝦仁，會使其質(zhì)構(gòu)發(fā)生明顯變化，其嫩度、硬度、內(nèi)聚性和咀嚼度隨著壓力的升高而增加。羅曉玲等［43］以馬鮫魚魚糜為研究對象，分別添加不同濃度的番茄濃縮汁，在100～500MPa的超高壓下進(jìn)行處理，研究復(fù)合馬鮫魚魚糜的凝膠特性和色澤。結(jié)果得出200～500MPa的超高壓處理可顯著提高復(fù)合馬鮫魚魚糜的凝膠強(qiáng)度，有利于其白度值的升高。Ramirez－Suarez等［44］發(fā)現(xiàn)超高壓處理可使金槍魚的魚肉硬度提高。Chéret等［45］得出壓力超過200MPa，水產(chǎn)品的硬度值與壓力值正相關(guān)。劉劍俠等［46］對大菱鲆進(jìn)行超高壓處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大菱鲆的肌肉硬度呈下降趨勢。隨著壓力的升高，其質(zhì)構(gòu)特性表現(xiàn)為凝聚上升趨勢，膠黏性持續(xù)上升，黏附性不斷下降，硬度先降后升。楊華等［47］對螠蟶的研究發(fā)現(xiàn)，其最佳超高壓工藝條件為500MPa、20℃、15min，螠蟶的感官變化在處理前后基本保持一致，但彈性略有下降。劉安軍等［35］對海鱸魚魚腸進(jìn)行超高壓處理，發(fā)現(xiàn)海鱸魚魚腸的硬度隨著壓力的升高呈現(xiàn)先升后降再升高的特點，而彈性則為持續(xù)升高，400MPa為超高壓處理的最佳工藝條件。王敏等［48］發(fā)現(xiàn)超高壓對貽貝肉的質(zhì)構(gòu)影響較大，可顯著提高貝肉的硬度、咀嚼性、內(nèi)聚性與彈性，對其質(zhì)構(gòu)改善有明顯影響。鄧記松等［27］研究發(fā)現(xiàn)，牡蠣經(jīng)500MPa、20min處理后，20d仍能保持其形態(tài)飽滿。經(jīng)過150MPa超高壓處理后的冷凍竹莢魚，其色差、紋理、風(fēng)味與口感等都與鮮肉接近，具有較高的可接受性和營養(yǎng)價值［48］。

部分學(xué)者［49］研究還發(fā)現(xiàn)，超高壓處理會導(dǎo)致蝦仁通透性降低，300MPa以上的超高壓將使蝦仁變白。與對照組相比，其L＊值增大，a＊值減小。王琎等［14］對金槍魚進(jìn)行超高壓處理，結(jié)果得出處理后的生鮮金槍魚片，其硬度與壓力、保壓時間正相關(guān)，彈性高于對照組。超高壓處理組隨著貯藏時間和壓力值的上升，其L＊值隨之升高，魚片的透明度降低。易俊潔等［40］發(fā)現(xiàn)處理后的鮑魚，水分含量顯著升高，pH值變化不明顯，亮度L＊值明顯增加。大菱鲆經(jīng)過超高壓處理后，其L＊值上升，a＊值下降，pH值隨壓力增大而升高，且揮發(fā)性氣味較對照組明顯下降［46］；超高壓處理冷凍的生章魚可有效抑制其異味混合物的產(chǎn)生［50］。

2.2.2 對水產(chǎn)品貯藏期間品質(zhì)變化的影響 超高壓除對水產(chǎn)品具有較好的殺菌效果外，還能延緩貯藏期間水產(chǎn)品的品質(zhì)劣變，延長其貯藏貨架期。Kríek等［51］采用超高壓處理梭子魚片，發(fā)現(xiàn)其可使魚片在3.5～12.0℃條件下的貯藏保鮮期延長至70d。楊華等［29］對養(yǎng)殖大黃魚進(jìn)行超高壓處理，發(fā)現(xiàn)處理后的大黃魚在貯藏12d后，其三甲胺與吲哚含量明顯降低。此外，超高壓處理還可降低太平洋牡蠣的pH值，增加其水分含量和感官分值。王國棟等［11］發(fā)現(xiàn)蝦仁經(jīng)超高壓處理后，可有效抑制其在冷藏期間pH值和TVB－N值的升高，其中300MPa處理的蝦仁，在經(jīng)過15d的冷藏后，其TVB－N值仍可維持在低于30mg/100g的水平。金槍魚經(jīng)超高壓處理后，其在12d內(nèi)的TVB－N值始終未超過生食標(biāo)準(zhǔn)［14］。王敏［48］研究發(fā)現(xiàn)，超高壓處理可使貽貝肉的保質(zhì)期延長至10d以上。朱兆娜［52］研究得出，超高壓可抑制凍藏魚凍含水量的下降與TVB－N值的升高，使魚凍凍藏期間持水性的下降速度明顯延緩。楊華等［53］發(fā)現(xiàn)螠蟶經(jīng)超高壓處理后的水分含量由83.42%升至85.59%，蛋白質(zhì)從9.9%降至7.2%，脂肪和氨基態(tài)氮未發(fā)生變化，其基本營養(yǎng)成分也無較大改變。

同時，也有學(xué)者［54］發(fā)現(xiàn)超高壓處理可提高魚肉的理化性質(zhì)，抑制其腐敗，風(fēng)味優(yōu)于未經(jīng)處理的對照組。鄧記松等［27］分別對牡蠣與海參進(jìn)行超高壓處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超高壓可有效抑制牡蠣與海參TVB－N值的升高。其中，牡蠣在450MPa、10min的處理條件下貨架期達(dá)20d，海參經(jīng)500MPa、20min處理后的保鮮期為38d，且對其含水量、灰分、蛋白質(zhì)與多糖等營養(yǎng)物質(zhì)的影響不大。

2.3 超高壓協(xié)同加工處理技術(shù)對水產(chǎn)品品質(zhì)變化的影響

隨著水產(chǎn)品保鮮技術(shù)水平的提高，部分學(xué)者還開展了超高壓協(xié)同其他處理方式對水產(chǎn)品進(jìn)行復(fù)合加工處理的研究。將其與熱處理、冷凍、添加保鮮劑等方式相結(jié)合，使超高壓技術(shù)更好地應(yīng)用于水產(chǎn)品的殺菌保鮮當(dāng)中［55］，起到減少能耗，提高效益的目的［56］。童立上等［57］將超高壓與漂燙處理相結(jié)合，研究得出新鮮魷魚的最佳處理工藝條件為：90℃漂燙10min，超高壓400MPa，保壓時間10min。此法比單一處理對食品的殺菌效果好，且感官品質(zhì)更優(yōu)。雒莎莎等［58］將超高壓處理與冰溫貯藏相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)其對鳙魚的品質(zhì)有明顯改善。陳淑花等［59］發(fā)現(xiàn)超高壓與低溫協(xié)同處理，可保護(hù)魚肉的微觀組織，提高魚肉的凍結(jié)質(zhì)量。將超高壓輔助解凍處理，能明顯降低魚肉在解凍時的汁液損失。黃小鳴等［17］將超高壓協(xié)同溶菌酶、Nisin對蝦仁進(jìn)行殺菌保鮮處理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該處理能完全殺滅蝦仁中的單增李斯特菌，延緩其質(zhì)構(gòu)、pH值、TVB－N值與TBA值的改變，使蝦仁的冷藏貨架期延長至18～20d。胡飛華等［60］將超高壓與多種凝膠增強(qiáng)劑結(jié)合處理發(fā)現(xiàn)，超高壓處理能使梅魚魚糜的凝結(jié)強(qiáng)度明顯改善。

3 總結(jié)與展望

超高壓技術(shù)誕生至今已有100多年，雖在部分食品研究領(lǐng)域中得到應(yīng)用，但與國外相比，中國尚處于起步階段，國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)也正對超高壓設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行研究和開發(fā)，但還存在一些不足［61］。由于超高壓處理裝置需要較高投入，短期內(nèi)不利于市場推廣。同時，其對食品的外觀形態(tài)也會產(chǎn)生影響，加之消費(fèi)者對超高壓技術(shù)處理后的食品形態(tài)不熟悉，在面對超高壓處理后產(chǎn)品的生食時，常會對其能否達(dá)到生食標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生困惑。此外，超高壓處理后的食物易出現(xiàn)輕微熟食的狀態(tài)，也會對消費(fèi)者產(chǎn)生一定的困擾［13］；采用室溫和400MPa的靜水高壓處理，不能殺滅芽孢。壓力過高，還會對食品造成不同程度的破壞；不同食品對高壓的耐受性與敏感性差異也較大［1］。但是，與傳統(tǒng)的熱處理工藝相比，超高壓為環(huán)境友好型的加工技術(shù)，要達(dá)到相同的品質(zhì)改變，加工所需能量只是熱加工處理的1/10［49］。

盡管超高壓處理技術(shù)存在著一定的局限性，但其在水產(chǎn)品中的發(fā)展前景仍十分廣闊。隨著消費(fèi)者對食品品質(zhì)與安全的重視，超高壓處理技術(shù)以其冷殺菌，耗能少，能保持食品的營養(yǎng)價值與食用品質(zhì)等優(yōu)點而得到日益廣泛的應(yīng)用。如能將其與相關(guān)冷處理技術(shù)（食品添加劑、臭氧滅菌、超聲波、pH、輻照處理等）相結(jié)合，將能彌補(bǔ)其單一使用帶來的不足。作為冷處理技術(shù)之一，超高壓技術(shù)必將成為水產(chǎn)品加工的基礎(chǔ)加工工序，由超高壓處理生產(chǎn)的水產(chǎn)品也將逐漸走進(jìn)普通消費(fèi)者的餐桌。

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